К нержавеющим сталям относятся стали с содержанием хрома не менее

Обновлено: 13.05.2024

Нержавеющая сталь

К нержавеющим сталям относят группу коррозионностойких сталей с содержанием минимум 10.5 % хрома и низким содержанием углерода. Для примера приведем простую таблицу различных сплавов с железом.

Чугун	Fe + C > 2%
Углеродистая сталь	Fe + C < 2%
Спецсталь	Fe + C < 2% + (Cr, Ni, Mo, и т.д.) >5%
Нержавеющая сталь	Fe + C < 1.2% + Cr >10.5%

Кроме Хрома как "основной нержавеющей составляющей" в составе нержавеющей стали могут присутствовать Никель, Молибден, Титан, Ниобий, Сера, Фосфор и другие легирующие элементы определяющие свойства стали.

Основные элементы нержавеющих сталей можно разделить на ферритизирующие и аустенизирующие. Каждый из элементов способствует образованию той или иной структуры:
• Ферритизирующие элементы – это Cr (хром), Si (кремний), Mo (молибден), W (вольфрам), Ti (титан), Nb (ниобий)
• Аустенизирующие элементы – это C (углерод), Ni (никель), Mn (марганец), N (азот), Cu (медь)

Традиционные аустенитные стали, такие как AISI 304 (аналоги DIN 1.4301 и 08Х18Н10), и ферритные стали, такие как AISI 430 (аналоги DIN 1.4016 и 12Х17), довольно просты в изготовлении и легко обрабатываются. Как следует из их названий, они состоят преимущественно из одной фазы — аустенита или феррита.

Хотя эти типы имеют обширную сферу применения, у обоих этих типов есть свои технические недостатки:
• У аустенитных — низкая прочность (условный предел текучести 0,2% в состоянии после аустенизации 200 МПа), низкое сопротивление коррозионному растрескиванию.
• У ферритных — низкая прочность (немного выше, чем у аустенитных: условный предел текучести 0,2% составляет 250 МПа), плохая свариваемость при больших толщинах, низкотемпературная хрупкость.

Основная идея дуплексных сталей заключается в подборе такого химического состава, при котором будет образовываться примерно одинаковое количество феррита и аустенита. Такой фазовый состав обеспечивает следующие преимущества:
• Высокая прочность, позволяющая сократить вес изделий
• Высокая коррозионная стойкость, особенно к коррозионному растрескиванию

В стали AISI 430 преобладают ферритизирующие элементы, поэтому ее структура ферритная. Сталь AISI 304 имеет аустенитную структуру в основном за счет содержания около 8% никеля. Для получения дуплексной структуры с содержанием каждой фазы около 50% необходим баланс аустенизирующих и ферритизирующих элементов, соответственно, содержание никеля в дуплексных сталях в будет ниже, чем в аустенитных.

Из-за многообразия дуплексных сталей ее коррозионную стойкость, обычно, приводят в сравнении с аустенитными и ферритными марками. Постоянно появляются новые марки этих сталей так как каждый производитель продвигает свою дуплексную марку. Например, для экономии, в некоторых из недавно разработанных марок для значительного снижения содержания никеля используется сочетание азота и марганца. Единой меры коррозионной стойкости пока не существует. Однако, для классификации марок сталей удобно пользоваться числовым эквивалентом стойкости к питтинговой коррозии (PREN), который рассчитывается как PREN = %Cr + 3,3 x %Mo + 16 x %N. Например, AISI 304 имеет PREN = 19, AISI 316 PREN = 24, AISI 316L PREN = 26, а дуплексная нержавейка марки EN 1.4507 (2507) PREN = 43.

Несмотря на весь этот интерес, доля дуплексных сталей на мировом рынке составляет, по самым оптимистичным оценкам, от 1 до 3% в основном из-за того, что процесс выплавки дуплексных нержавеющих сталей намного более сложен, чем аустенитных и ферритных сталей и относительно аустенитной она обходится на 15-20% дороже. Подробнее о дуплексной нержавеющей стали здесь.

В такелажной и крепежной практике дуплексная нержавеющая сталь используется, в основном, для производства более прочных и обладающих повышенной коррозионной стойкостью нержавеющих цепей.

Ниже указана более полная таблица наиболее распространенных видов нержавеющих сталей и их соответствие различным стандартам. Первая цифра химического состава обозначает содержание углерода / 100, далее - основные легирующие добавки и их процентное содержание, например:

Наиболее распространенная группа нержавейки A2 = X 5 CrNi 18 10 = углерод-0,05% хром-18% никель-10% = EN обозначение 1.4301 = AISI 304. Необходимо обратить внимание на цифры 18 и 10 в обозначении. В быту, на нержавеющей посуде, часто встречается обозначение 18/10 - это, ни что иное, как сокращенное обозначение нержавейки с процентным содержанием хрома 18% и никеля 10%. Гораздо интереснее другие добавки. Вот их производители умалчивают - это и составляет их коммерческий "секрет" и стоимость дорогостоящих брендов. В таблице ниже указаны виды нержавейки с различным содержанием элементов. Какая достанется вам - покажет только спектрограф. Бытовых способов узнать химсостав, к сожалению, пока не придумали. Вот один из профессиональных примеров проверки химического состава посуды. Кстати, магнитится она или нет - вообще не показатель. Нержавейка может быть магнитной.

Вторая по распространенности группа нержавейки A4 = X 5 CrNiMo 17 12 2 = углерод-0,05% хром-17% никель-12% молибден-2% = EN обозначение 1.4401 = AISI 316. Ее иногда называют "кислотостойкой" или "молибденкой" по понятным причинам.

Руководствуясь таблицей можно найти соответствия часто встречающихся обозначений нержавеющего крепежа наряду с материалом A2 и A4, например:

DIN 7 A1 = Штифт цилиндрический X 10 CrNi S 18 9 - AISI 303 - A1
DIN 125 1.4541 = Шайба плоская DIN 125 материал X 6 CrNiTi 18 10 - AISI 321 - A3
DIN 2093 1.4310 = Диск пружинный тарельчатый X 12 CrNi 17 7 - AISI 301
DIN 127 1.4571 = Шайба гровер пружинная X 6 CrNiMoTi 17 12 2 - AISI 316Ti - A5
DIN 471 1.4122 = Кольцо стопорное наружное X 39 CrMo 17 1
DIN 472 1.4310 = Кольцо стопорное внутреннее X 12 CrNi 17 7 - AISI 301

DIN 934 A2 = Гайка шестигранная X 5 CrNi 18 10 - 1.4301 - AISI 304
DIN 933 A4 = Болт с шестигранной головкой X 5 CrNiMo 17 12 2 - 1.4401 - AISI 316

Также видно, что нержавейка 316L отличается от 316 более низким содержанием углерода.

Виды и классификация нержавеющих сталей

К нержавеющим относят стали с содержанием хрома не менее 10,5 %. Их общее свойство – высокая коррозионная стойкость. При этом различают несколько видов и типов нержавеющих сталей, а количество известных марок исчисляется десятками. В целом такие материалы можно классифицировать по нескольким признакам.

1. Основные свойства

По основным свойствам нержавеющие стали делятся на три типа:

Жаропрочные отличаются термостойкостью и способностью сохранять механическую прочность при высоких температурах. К ним относятся марки AISI 310 (20Х23Н18), AISI 309 (20Х20Н14C2), AISI 314 (20Х25Н20С2) и другие.
Коррозионностойкие хорошо переносят длительные контакты с агрессивными средами. К ним относятся марки 12Х17, 40Х13, 20Х13 и другие.
Жаростойкие обладают одновременно свойствами жаропрочных и коррозионностойких сталей: они хорошо переносят длительные контакты с агрессивными средами при температуре более 500 °С. К ним относятся марки 15Х25Т, 15Х6СЮ, 08Х17Т и другие.

2. Химический состав

В зависимости от химического состава различают три вида нержавеющих сталей:

Хромомарганцевые и хромомарганцевоникелевые стали отличаются повышенным содержанием марганца и никеля. При добавлении этих элементов стали упрочняются и становятся износостойкими. Их удобно использовать в условиях повышенной истираемости. К таким относятся марки 07Х21Г7АН5, 03Х20Н16АГ6, 10Х14Г14Н4Т и другие.
Никелевые и хромоникелевые стали содержат больше никеля. Он повышает пластичность, вязкость и ударную прочность материалов. Такие стали хорошо переносят холодную и горячую деформацию. К ним относятся марки 08Х18Н10, 02Х18Н11, 12Х18Н10Т и другие.
Хромистые стали – это нержавеющие стали в чистом виде. Их главное достоинство – коррозионная стойкость. К ним относятся марки 08Х13, 12Х13, 15Х28 и другие.

Из нержавеющей стали изготавливают различные виды металлопроката

3. Структура

Еще один способ классификации нержавеющих сталей – пространственная структура кристаллов. На нее оказывают прямое влияние вид и количество легирующих элементов. В зависимости от особенностей структуры различают четыре типа нержавеющих сталей:

Ферритные содержат мало углерода (не более 0,15 %) и до 30 % хрома. Такие материалы обладают отличными магнитными свойствами, пластичностью, способностью к холодной деформации и устойчивостью к воздействию агрессивных сред. Их часто используют в химической и тяжелой промышленности, при изготовлении бытовых электроприборов или отопительных приборов. К ферритным относятся марки AISI 409 (из нее изготавливают столовые приборы), AISI 410 (из нее изготавливают емкости для продуктов, содержащих алкоголь, детали котлов, фильтры), AISI 430 (из нее изготавливают емкости для пищевых продуктов, подлежащих высокотемпературной обработке) и другие.
Аустенитные содержат не менее 7 % никеля и около 18 % хрома. Такие материалы обладают кислотоустойчивостью, высокой прочностью и твердостью, отличной пластичностью, хорошей свариваемостью и высокой коррозионной стойкостью, но не имеют магнитных свойств. Их активно используют в разных отраслях промышленности. К аустенитным относятся марки AISI 321 (ее используют в технологических линиях на химических и нефтеперерабатывающих предприятиях), AISI 201 (из нее изготавливают емкости и трубы, контактирующие с органическими кислотами), AISI 304 (ее используют для изготовления трубопроводов на химических и пищевых предприятиях) и другие.
Мартенситные содержат 11–13 % хрома и до 0,5 % углерода. Такие материалы обладают высокой прочностью, твердостью, износостойкостью, упругостью и коррозионной стойкостью. Они удобны для изготовления режущих инструментов, турбин и ответственных конструкций. К мартенситным относятся марки AISI 420 (ее используют для изготовления кухонного оборудования, подшипников, измерительного инструмента), AISI 431 (из нее изготавливают детали компрессорных установок и оборудование, которое эксплуатируют при низких температурах) и другие.
Ферритно-аустенитные содержат 18–28 % хрома и 4,5–8 % никеля. Такие материалы сочетают в себе свойства ферритных и аустенитных сталей. Они отличаются прочностью и гибкостью, хорошей свариваемостью, высокой коррозионной стойкостью. Такие стали востребованы в судостроении, бумажной и нефтехимической промышленностях. К ферритно-аустенитным относятся марки 08Х22Н6Т (ее используют в химической и пищевой промышленности, для изготовления сварочного оборудования), 08Х21Н6М2Т (ее используют для изготовления сварных конструкций, работающих в агрессивных средах) и другие.

Изделия из нержавеющей стали

Марки стали

Насчитывается несколько сотен марок нержавеющих сталей. Наиболее популярные из них, которые мы еще не называли в этой статье, следующие:

AISI 316 используют для изготовления изделий, предназначенных для эксплуатации в хлористой среде или морской воде;
12Х13 оптимальна для деталей и изделий, эксплуатирующихся при температурах до +500 °С;
20Х13 применяют для изготовления деталей турбин, поршневых колец, труб и других изделий, предназначенных для эксплуатации под нагрузкой при температурах до +500 °С;
95Х18 оптимальна для изготовления осей, втулок, ножей, подшипников и других изделий;
AISI 316Ti применяют для изготовления резервуаров, инструмента и деталей, контактирующих с кислотами или морской водой;
AISI 201 востребована для изготовления мебельной фурнитуры, автомобильных деталей, газовых и электроплит;
14Х17Н2 оптимальна для изготовления деталей, предназначенных для эксплуатации при температурах до +800 °С;
12Х18Н10Т применяют для изготовления патрубков, теплообменников, труб и прочих изделий, эксплуатируемых под давлением при температурах до +600 °С;
10Х17Н13М2Т удобна для изготовления сварных конструкций, предназначенных для эксплуатации в агрессивных средах при температурах до +600 °С.

Нужно учитывать, что марки сталей, имеющие одинаковые свойства, но изготовленные по разным стандартам, отличаются обозначением. В качестве примера ниже указаны некоторые из них:

Обозначение марок сталей в зависимости от страны

Заключение

Нержавеющие стали – удобные и востребованные материалы. В кратком обзоре сложно дать исчерпывающую информацию по всем видам, типам и маркам. При необходимости обращайтесь за консультацией к нашим специалистам.

Нержавеющие хромистые (ферритные и мартенситные) стали.

Нержавеющие (коррозионностойкие) и жаростойкие стали и сплавы, основа которых железо и никель - это важнейшая категория специальных конструкционных материалов, которая нашла применение во многих отраслях промышленности. Повышенная стойкость против равномерной коррозии в широкой гамме коррозионно-активных сред различной степени агрессивности - отличительная особенность нержавеющих и жаростойких сталей и сплавов.

Многие нержавеющие стали кроме того обладают стойкостью против специальных видов коррозии, таких как межкристаллитная, питтинговая, щелевая коррозии и коррозионное растрескивание.

Основной легирующий элемент, придающий стали коррозионную стойкость в окислительных средах это Cr - хром. Хром способствует образованию на поверхности нержавеющей стали защитной плотной пассивной пленки окисла Сr2O3. Достаточная для придания коррозионной стойкости нержавеющей стали толщина пленки образуется при добавлении к сплаву не менее 12,5% хрома. Хром и железо в сплаве образуют твердый раствор.

Стоимость хрома сравнительно невысока, он не является дефицитным компонентом. Поэтому хромистые нержавеющие стали относительно недорогие и, обладая достаточно хорошим комплексом технологических свойств, находят широчайшее применение в промышленности. Из хромистых нержавеющих сталей изготавливаются элементы оборудования, работающего при высоком давлении и температуре в условиях воздействия агрессивных сред.

Хром, которым легируются нержавеющие стали обеспечивает не только коррозионную стойкость сталей в окислительных средах, но и формирует их структуру, механические и технологические свойства и жаропрочность. Образуемый хромом и железом непрерывный ряд твердых растворов при концентрациях начиная с 12,5% и выше, способствует формированию в хромистых нержавеющих сталях различной структуры, обеспечивающей многообразие их свойств.

Углерод в составе хромистых нержавеющих сталей.

Кроме хрома на формирование физико-механических свойств хромистых сталей, значительное влияние оказывает содержание углерода. Структуру нержавеющей стали в зависимости от содержания углерода разделяют на три главных класса: мартенситная, мартенситно-ферритная и ферритная. Это нашло отражение в классификации нержавеющих сталей по ранее действующему ГОСТ 5632-72 "Стали высоколегированные и сплавы коррозионностойкие, жаростойкие и жаропрочные".

Углерод содержащийся в составе нержавеющей стали, в том числе и в хромистой, это нежелательный элемент. Углерод слишком активный компонент, связывая хром в карбиды, он обедняет твердый раствор, тем самым понижая коррозионную стойкость нержавеющей стали. Кроме того повышенное содержание углерода требует повышения температуры закалки до 975-1050оС, для более полного растворения карбидов хрома.

В качестве примера серьезного влияния углерода на структуру и свойства нержавеющей стали рассмотрим сталь с содержанием 18% Cr. Например сталь 95Х18 в составе которой содержится 0,9-1,0%С и имеющая структуру мартенсита, обладает высокой твердостью (>55HRC), но коррозионная стойкость ее умеренная. А нержавеющие стали 12Х17, 08Х17Т, 08Х18Т1, со структурой феррита, имеют наоборот, низкую твердость и высокие коррозионные свойства.

Ферритные нержавеющие стали.

Нержавеющие стали с содержанием Cr более 12,5% и с минимальным количеством углерода имеют структуру феррита и называются ферритными. Коррозионная стойкость хромистых ферритных нержавеющих сталей во многих агрессивных средах может превосходить многие хромоникелевые аустенитные нержавеющие стали, при этом они не склонны к коррозионному растрескиванию под напряжением. При дополнительном легировании кремнием и алюминием хромистые ферритные нержавеющие стали могут быть использованы при производстве оборудования, работающего в окислительных условиях при высоких температурах.

Недостатком, сдерживающим более широкое применение хромистых ферритных нержавеющих сталей сдерживается из-за чрезмерной хрупкости их сварных соединений. Высокая чувствительность к надрезу при нормальной температуре делает их так же непригодными для изготовления оборудования, работающего под давлением, при ударных и знакопеременных нагрузках. Ферритные нержавеющие стали используют для изготовления ненагруженных устройств и изделий.

Для обеспечения свариваемости хромистых ферритных нержавеющих сталей необходимо ограничением в иx составе не только углерода, но и азота. Нержавеющие ферритные стали, с суммарным содержанием углерода и азота не более 0,020% обладают большей пластичностью и повышенной ударной вязкостью, а значит меньшей хрупкостью при сварке. Но технология производства таких сталей усложнена, так как необходимо использование вакуумных печей или продувка расплава аргоном или аргоно-кислородной смесью.

Нержавеющие стали ферритного класса при нагреве не изменяют состав структуры, твердый раствор лишь становится более однородным. Поэтому для увеличения коррозионной стойкости можно использовать термическую обработку.

Мартенситные нержавеющие стали

Хромистые нержавеющие стали, в составе которых содержится повышенное количество углерода имеют структуру мартенсита. Для обеспечения заданных коррозионных и других свойств, мартенситные стали дополнительно легируются никелем и другими химическими элементами. Никель взаимодействуя с углеродом стабилизирует структуру нержавеющей стали, а молибден, вольфрам, ванадий, ниобий вводят для повышения жаропрочности сталей.

Прочность обычных мартенситных хромистых нержавеющих сталей остается удовлетворительной прочностью при температурах до 500оС, то дополнительное легирование элементами, образующими соединения с углеродом поднимают этот порог до 650оС. Это позволяет использовать легированные мартенситные хромистые нержавеющие стали для изготовления элементов современного энергетического оборудования. Молибден и вольфрам, кроме того, снижают хрупкость при длительной эксплуатации при высоких температурах.

Стали мартенситного класса, такие как 20Х13, 30Х13, 40Х13, 65Х13 и др., обладают повышенной твердостью и используются для изготовления режущего инструмента, и элементов оборудования работающих на износ. Термическая обработка сталей этой группы заключается в закалке и отпуске на заданную твердость.

Мартенситные нержавеющие стали так же склонны к хрупкому разрушению в закаленном состоянии, что усложняет технологию их сварки. Содержание углерода в мартенситных сталях, как правило, превышает 0,10%, и это приводит к образование холодных трещин в процессе охлаждения мартенсита, после нагрева электросваркой. При снижении содержания углерода дополнительным легированием вязкость мартенсита повышается, однако при этом возникает другая опасность, а именно образование структурно-свободного феррита, который, так же является причиной высокой хрупкости стали.

Для предотвращения образования холодных трещин мартенситные нержавеющие стали сваривают при температуре воздуха ≥0оС и применяют предварительный и сопутствующий подогрев до 200 . 450оС. Температура подогрева назначается в зависимости от склонности стали к закалке.

Мартенситно-ферритные нержавеющие стали.

К этому классу относят стали с частичным γ→α превращением. Термокинетическая диаграмма у этих сталей состоит из двух областей превращения. При температурах >600оС при низкой скорости охлаждения возможно образование ферритной составляющей структуры. При большой скорости охлаждения

Коррозионная стойкость нержавеющих сталей мартенситно-ферритного класса зависит от содержания в них хрома. При содержании 17%Cr достигается стойкость в 65%-ной азотной кислоте при 50оС, при дальнейшем повышении концентрации хрома расширяется область применения хромистых нержавеющих сталей в различных средах. Мартенситно-ферритные стали находят довольно широкое применение для изготовления нефтехимической аппаратуры и энергетического оборудования.

По свариваемости мартенситно-ферритные нержавеющие стали так же являются неудобными материалами. В связи с неизбежной подкалкой при сварке сварные соединения мартенситно-ферритных сталей склонны к образованию трещин замедленного разрушения.

Другие особенности хромистых нержавеющих сталей.

Коррозионная стойкость хромистых нержавеющих сталей напрямую зависит от содержания хрома, чем выше, тем лучше. В настоящее время хромистые нержавеющие стали по доле содержания хрома подразделяют на три типа: содержащие 13%Сr; содержащие 17%Сr, и нержавеющие стали содержащие 25—28% Сr.

Стали 08X13 и 12X13 обладающие повышенной пластичностью, используются для изготовления деталей, подвергающихся ударным нагрузкам, таки как турбинные лопатки, арматура для крекинг-установок, предметы домашнего обихода.

Из нержавеющих сталей 30X13 и 40X13, со структурой мартенсита после термической обработки изготавливают измерительный и медицинский инструменты, пружины и другие коррозионностойкне детали, от которых требуется высокая твердость или прочность.

При концентрации хрома выше 20% и дополнительном легировании молибденом хромистые нержавеющие стали приобретают стойкость против питтинговой коррозии. По стойкости против коррозиионного растрескивания хромистые нержавеющие стали ферритного класса превосходят аустенитные хромоникелевые стали типа 08Х18Н10Т.

Введение карбидообразующих элементов, например титана, значительно повышает стойкость сварных соединений из хромистой нержавеющей стали против межкристаллитной коррозии. Это так же позволяет снизить склонность структуры стали к росту зерна (сталь 08Х18Т1). Дополнительное замедление роста зерна ферритных нержавеющих сталей происходит также при микролегировании поверхностно-активным элементами, такими как церий. Микролегирование церием использовано, в частности, в стали 08Х18Тч (ДИ-77). Положительный эффект от введения редкоземельных элементов достигается только в определенных количественных пределах и при соблюдении технологического процесса.

Как уже говорилось на снижение хладноломкости ферритных нержавеющих сталей значительное влияние оказывают примеси внедрения - углерод и азот. При суммарном содержании углерода и азота ≤ 0,01% работоспособность сварных соединений из высокохромистых ферритных нержавеющих сталей при отрицательных температурах значительно возрастает. Чувствительность ферритных нержавеющих сталей к хладноломкости повышает и наличие в сплаве фосфора, кислорода, серы, марганеца, кремния и это накладывает повышенные требования к технологии выплавки.

При снижении суммарного содержания углерода и азота до 0,010-0,015%, повышается стойкость нержавеющей стали против межкристаллитной коррозии. При превышении содержания этих компонентов требуется введение в состав нержавеющей стали дополнительных стабилизаторов - титана и ниобия.

Высокохромистые нержавеющие стали становятся склонными к охрупчиванию при неправильной термической обработке. Развивается так называемая "475оС-хрупкость" нержавеющей стали, которая правда носит обратимый характер и устраняется новой термической обработкой.

Качество поверхности горячекатаного и холоднокатаного листа из хромистых ферритных титаносодержащих нержавеющих сталей повышается при легировании кремнием (сталь 04Х15СТ. Легирование кремнием повышает сопротивление точечной коррозии за счет обогащения кремнием верхних слоев защитной пленки.

Особую группу ферритных нержавеющих сталей составляют так называемые "суперферриты", в которых более жестко ограничен состав элементов-примесей (01Х18М2Т-ВИ, 01Х25М2Т-ВИ, 01Х25ТБЮ-ВИ). Эти нержавеющие стали обладают повышенным уровнем пластичности и вязкости сварных соединений и устойчивы против питтинговой коррозии и коррозионного растрескивания в большинстве агрессивных сред.

Из нержавеющей стали 12X17 изготавливают теплообменники, трубопроводы и баки для кислот. Введение молибдена (12Х17М2Т) делает нержавеющую сталь стойкой даже в органических кислотах (уксусной, муравьиной). Для изготовления шарикоподшипников, работающих в агрессивных средах, используют сталь 95X18 (0,9—1,0% С, 17—19% Сr).

Нержавеющие хромоникелевые (аустенитные) стали.

Нержавеющие стали в составе которых железо, хром и никель - это важнейшая категория специальных конструкционных материалов, которая нашла применение во многих отраслях промышленности. В этой статье речь пойдет об одном из видов нержавеющей стали - хромоникелевых имеющих аустенитную структуру. И немного о свойствах и применении нержавеющей стали 12Х18Н10Т.

Коррозия и ее особенности.

Я заметил, что описывая качества нержавеющих сталей и отмечая их нужность и полезность для промышленности, до сих пор не акцентировал внимание на том почему они так важны. Основное свойство нержавеющих сталей - способность противостоять коррозии, поэтому несколько слов о том, что это такое.

Коррозия - это процесс разрушения поверхности металлов в результате чисто химического или электрохимического воздействия внешней среды, как правило агрессивной. В общем случае коррозия металла сопровождается образованием на поверхности продуктов разрушения, таких как ржавчина, но бывают и разрушения без внешних проявлений. Интенсивность коррозии зависит от свойств металла и степени агрессивности окружающей среды.

Коррозия это довольно широкое понятие и характеризуется по различным проявлениям:

сплошная (равномерная) коррозия, когда разрушению подвергается вся поверхность металла;
точечная (местная, щелевая, питтинговая) коррозия, когда разрушаются отдельные участки поверхности металла;
межкристаллитная коррозия, когда коррозия распространяется в глубь изделия по границам зерен;
коррозия под напряжением (коррозионное растрескивание), когда на поверхности металла развиваются трещины вследствие одновременного воздействия растягивающих напряжений и агрессивной среды.

Отдельный вид - электрохимическая коррозия, когда к чисто химическим процессам взаимодействия металла и окружающей среды, добавляются электрохимические процессы на границе раздела. Это самый разрушительный вид коррозии.

В процессе электрохимической коррозии разрушение металлов происходит под воздействием электролитов и сопровождается переходом атомов. На практике чаще всего электролитами выступают водные растворы солей, кислот и щелочей. Таким образом интенсивному разрушению электрохимической коррозией подвергаются металлические емкости, трубопроводы, детали машин и части сооружений находящиеся в контакте с морской и речной водой, а также грунтовыми водами.

Из теории электрохимической коррозии следует, что наибольшую устойчивость имеют очень чистые металлы. Но в жизни использование чистых металлов практически невозможно, поэтому возникает необходимость обеспечения однородной структуры твердого раствора в сплавах.

Повышенная стойкость против равномерной коррозии в широкой гамме коррозионно-активных сред различной степени агрессивности - отличительная особенность нержавеющих сталей и сплавов. Многие виды нержавеющие стали кроме того обладают стойкостью против межкристаллитной и точечной коррозии и коррозионного растрескивания.

Общее о хромоникелевых нержавеющих сталях.

Основные легирующие элементы, придающие хромоникелевой стали коррозионную стойкость в окислительных средах это Cr (хром) и Ni (никель). Хром способствует образованию на поверхности нержавеющей стали защитной плотной пассивной пленки окисла Сr₂O₃. Необходимая для придания коррозионной стойкости нержавеющей стали концентрация хрома в сталях этой группы составляет 18%.

Никель относится к металлам находящимся или легко переходящим в так называемое "пассивное" состояние. В пассивным состоянии металл или сплав обладает повышенной коррозионной стойкостью в агрессивной среде. Хотя, конечно, эта способность никеля меньше чем у хрома или молибдена.

Хром и железо в сплаве образуют твердый раствор, а никель в количестве 9—12%, кроме того, способствует формированию аустенитной структуры. Благодаря аустенитной структуре хромоникелевые нержавеющие стали отличаются высокой технологичностью при горячей и холодной деформациях и стойкостью при низких температурах.

В нашей стране наиболее распространены марки хромоникелевых нержавеющих сталей: 12Х18Н10Т, 08Х18Н10Т (ЭИ914), 08Х18Н10, 12Х18Н9Т, 03Х18Н11, 12Х18Н12Т, 08Х18Н12Б (ЭИ402), 02Х18Н11, 03Х19АГ3Н10.

Эти нержавеющие стали обладают коррозионной стойкостью во многих окисляющих средах при различной концентрации и в широком диапазоне температур. Они так же обладают жаростойкостью и жаропрочностью, но при умеренных температурах.

Стойкость нержавеющей стали против межкристаллитной коррозии

Способность сопротивляться межкристаллитной коррозии у хромоникелевых аустенитных нержавеющих сталей в первую очередь зависит от содержания углерода в твердом растворе. Углерод способствует выделению в твердом растворе карбидных фаз, тем самым способствую ускорению проявления межкристаллитной коррозии с повышением температуры.

Хромоникелевые аустенитные нержавеющие стали при выдержке в интервале 750-800 ºС теряют способность сопротивляться межкристаллитной коррозии:

при содержании углерода 0,084 % — в течение 1 минуты;
при содержании углерода 0,054 % — в течение 10 минут;
при содержании углерода 0,021 5 – через более чем 100 минут.

Содержание азота в составе хромоникелевых аустенитных нержавеющих сталей так же оказывают влияние на склонность к межкристаллитной коррозии, но в значительно меньшей степени. наличие азота в составе может быть даже полезно для повышения прочности.

Повышение концентрации никеля в составе хромоникелевых аустенитных нержавеющих сталей способствует снижению растворимости углерода, но отрицательно влияет на ударную вязкость хромоникелевой стали после отпуска и способствует межкристаллитной коррозии.

Растворимость углерода в твердом растворе хромоникелевых аустенитных нержавеющих сталей происходит и при увеличении содержания хрома. В этом случае так же происходит снижение ударной вязкости стали, но при этом стойкость против межкристаллитной коррозии возрастает.

Закалка аустенитных хромоникелевых сталей.

Углерод в составе аустенитных хромоникелевых нержавеющих сталей без добавок титана и ниобия влияет на температуру закалки стали. При закалке требуется произвести нагрев стали выше температуры растворения карбидов хрома, последующее быстрое охлаждение предназначено фиксировать однородность твердого раствора. Таким образом при увеличении содержания углерода требуется большая температура нагрева под закалку. В целом интервал температуры нагрева при закалке аустенитных хромоникелевых нержавеющих сталей составляет от 900 до 1100 ºС.

Длительная выдержка аустенитных хромоникелевых нержавеющих сталей при достижении температуры закалки не требуется. Для листовой нержавеющей стали общее время нагрева до 1000-1050 ºС и выдержки составляет 1-3 минуты на 1 мм толщины листа.

А вот охлаждение должно быть быстрым. Для аустенитных хромоникелевых нержавеющих сталей с содержанием углерода более 0,03 %, относящихся к "нестабилизированным" применяют охлаждение в воде. Нержавеющие стали с меньшим содержанием углерода и имеющие небольшие сечения можно охлаждать на воздухе.

Нержавеющая сталь 12Х18Н10Т применение, свойства.

Сталь 12Х18Н10Т отличный пример хромоникелевой аустенитной нержавеющей стали, широко применяемой при производстве сварных конструкций. Она может работать в контакте с азотной кислотой и другими сильными окислителями; в некоторых органических кислотах средней концентрации, органических растворителях, атмосферных условиях и т.д. Это емкости, теплообменники, а так же сварные конструкций в криогенной технике (до —269 °С).

Примеры использования нержавеющей стали 12Х18Н10Т:

прокат кованый круглый, квадратный, шестигранный
лист толстый;
лист тонкий;
лента холоднокатаная;
трубы бесшовные горячедеформированные;
трубы бесшовные холодно- и теплодеформированные;
проволока;
профили стальные фасонные.

Коррозионная стойкость нержавеющей стали 12Х18Н10Т против межкристаллитной коррозии определяется при испытании по методам AM и АМУ ГОСТ 6032-89 с продолжительностью выдержки в контрольном растворе соответственно 24 и 8 ч. Испытания проводят после провоцирующего нагрева при 650 °С в течение 1 ч.

При непрерывной работе нержавеющая сталь 12Х18Н10Т устойчива против окисления на воздухе и в атмосфере продуктов сгорания топлива при температуре до 900 °С. Нержавеющая сталь 12Х18Н10Т обладает достаточно высокой жаростойкостью при температурах 600-800 °С.

Нержавеющая сталь 12Х18Н10Т обладая хорошей технологичностью может подвергаться значительным пластическим деформациями. Температурный интервал обработки нержавеющей стали 12Х18Н10Т давлением составляет 1180-850 °С, скорость нагрева и охлаждения не лимитируется. В холодном состоянии допускают высокие степени пластической деформации.

Сварка нержавеющей стали 12Х18Н10Т

Основной проблемой при сварке аустенитных нержавеющих сталей является прокаливание, которое вызывает в них структурные изменения, приводящие к снижению стойкости против межкристаллитной коррозии.

Для снижения подобных рисков в состав хромоникелевых нержавеющих сталей вводят титан или ниобий. Легированные титаном нержавеющие стали хорошо свариваются, при условии исключения последующей термообработки.

Хромоникелевая нержавеющая сталь 12Х18Н10Т хорошо сваривается всеми видами ручной и автоматической сварки. Электросварку можно производить контактной сваркой, сваркой неплавящимся вольфрамовым электродом в защитной среде аргона, полуавтоматической сваркой в защитной среде из смеси аргона с углекислым газом, сваркой отдельными, покрытыми электронами.

Для обычной автоматической сварки под флюсами АН-26, АН-18 и аргонодуговой сварки используют специальную проволоку для сварки "нержавейки", например Св-08Х19Н10Б, Св-04Х22Н10БТ, Св-05Х20Н9ФБС и Св-06Х21Н7БТ.

Для ручной сварки нержавеющей стали используют электроды для "нержавейки" типа ЭА-1Ф2 марок ГЛ-2, ЦЛ-2Б2, ЭА-606/11 с проволокой Св-05Х19Н9ФЗС2, Св-08Х19Н9Ф2С2 и Св-05Х19Н9ФЗС2. Это обеспечивает стойкость шва против межкристаллитной коррозии. Сварочные электроды для "нержавейки" обычно короче, чем электроды для обычной стали, так как их электрическое сопротивление выше.

Так же возможно сваривание деталей из нержавеющей стали и обычной стали, но в этом случае необходимо использовать т.н. "переходные" электроды. В этом случае требуется, чтобы металл сварочного шва был из нержавейки, поэтому и используются переходные электроды, содержащие повышенное содержание легирующих элементов.

Особую маркировку имеют сварочные электроды, предназначенные для сварки нержавеющей стали, предназначенной для использования в пищевой промышленности. Применение правильных сварочных материалов обеспечивает сохранность высоких коррозионных свойств как против общей, так и межкристаллитной коррозии.

Коррозионностойкая сталь

Коррозионностойкая сталь (она же нержавейка) прочно вошла в нашу жизнь и применяется в различных сферах: от химической и авиационной промышленности до изготовления товаров повседневного спроса. Все дело в том, что этот вид стали показывает гораздо лучшие характеристики, чем обычная, а разнообразие марок позволяет подобрать материал, наиболее точно отвечающий запросам.

История этого материала насчитывает более века, а количество марок превышает две сотни, поэтому важно понимать их особенности, выбирая нержавейку в качестве материала для своих нужд. В нашей статье мы расскажем, какими характеристиками обладает коррозионностойкая сталь, на какие типы ее делят, а также поговорим о нюансах западной и отечественной маркировки.

Характеристики коррозионностойкой стали

Коррозионностойкая сталь, изобретение металлурга Гарри Бреарли, была запатентована в 1913 году в Англии. Благодаря данному материалу сталелитейная и другие отрасли промышленности вышли на совершенно новый уровень.

Обычные стальные сплавы получили уникальные свойства, смогли сопротивляться образованию ржавчины за счет добавления в их состав хрома. Для коррозионностойких сталей и сплавов содержание данного элемента должно быть не меньше 10,5%. Таким образом достигаются следующие характеристики:

очень высокая устойчивость к появлению коррозии;
отличная прочность;
хорошая свариваемость;
простота обработки при помощи холодной деформации;
большой срок эксплуатации, в течение которого материал сохраняет изначальные качества;
привлекательный вид изделий.

Обязательными компонентами коррозионностойких сталей являются хром и железо. За счет того, что данные добавки дополняют друг друга, материал приобретает уникальные характеристики. Хром соединяется с кислородом и формирует на поверхности сплава оксидную пленку – именно она препятствует формированию ржавчины.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

Однако описанные свойства нержавеющей стали можно еще улучшить при помощи легирующих добавок, таких как никель, титан, молибден, ниобий, кобальт, пр. Благодаря легированию на производствах создают множество видов стальных нержавеющих сплавов, которые имеют различные характеристики и назначения.

Углерод, содержащийся в коррозионностойкой стали, обеспечивает металлу высокую твердость и прочность. Кроме того, данный элемент входит во все стальные сплавы, так как от него зависят многие значимые свойства.

Нержавеющая сталь имеет ряд уникальных качеств, поэтому ее активно применяют в сферах, предполагающих, что изделие или оборудование должно постоянно функционировать при высокой влажности и воздействии агрессивных сред. Из коррозионностойких сталей делают предметы для использования в промышленности и даже в быту – именно этот металл является материалом столовых приборов, ножей, элементов коммуникаций, ограждающих конструкций, деталей оборудования, пр.

4 вида коррозионностойкой стали

Классификация нержавеющих сплавов установлена ГОСТами, где сталь описана в соответствии с производственными процессами и сферами ее использования.

Среди сплавов выделяют группы на основании их структуры, разных легирующих добавок и доли углерода в составе. От содержания элементов зависит область применения конкретного сплава.

Коррозионностойкие стали делят на такие основные группы:

Ферриты

В ферритную группу входят хромистые стали, на которые ставится маркировка в виде буквы F. Речь идет о сплавах, характеризующихся значительной долей хрома, содержание которого доходит до 30%, при небольшом количестве углерода – до 0,15%. Такие металлы имеют ферромагнитные свойства, иными словами, отличаются намагниченностью за пределами магнитного поля при низкой критической температуре.

Чтобы добиться необходимых свойств металла, на производствах подбирают оптимальное соотношение углерода и хрома.

Среди главных достоинств таких коррозионностойких сталей выделяют высокую прочность и пластичность.

Не менее важны их следующие свойства:

хорошо поддаются холодной деформации;
имеют высокую сопротивляемость образованию ржавчины;
обеспечивают возможность термообработки при помощи отжига.

Мартенситы

В данную группу входит сталь со структурой, формируемой при помощи закалки заготовки или слитка металла и его дальнейшего отпуска. Стоит пояснить, что закалка предполагает нагрев до температуры, превышающей критический уровень, а под отпуском понимают быстрое охлаждение.

Благодаря подобному воздействию перестраивается кристаллическая решетка коррозионностойкой стали, последняя приобретает большую твердость. Однако параллельно может возрасти хрупкость.

В итоге получаются сплавы с такими качествами:

высокая твердость;
увеличенная прочность;
упругость;
стойкость к ржавчине;
жаропрочность.

За счет увеличения доли углерода удается повысить твердость металла и устойчивость к износу.

Аустениты

Этот класс коррозионностойких сталей выделяется на общем фоне химическим строением – здесь атомы углерода включаются в молекулярную решетку железа. Немаловажно, что такой металл считается высоколегированным, имея до 33% хрома и никеля. Благодаря немагнитности сплавы используются в целом ряде производственных процессов.

Металлы этой группы обладают следующими качествами:

пластичность в холодном и горячем состоянии;
прочность;
возможность проведения сварочных работ на высоте;
сопротивление агрессивным средам, в том числе азотной кислоте;
чистота в экологическом плане;
стойкость к электромагнитным излучениям.

Чтобы добиться стабильного аустенита, гранецентрированной кристаллической решетки железа, в сталь в качестве легирующего элемента добавляют никель. Его доля в сплаве должна достигать 9%. Титан и ниобий обеспечивают устойчивость металла к межкристаллитной коррозии – содержащие их сплавы принято называть стабилизированными.

Комбинированные сплавы

В таких металлах сочетаются структура и свойства аустенитно-мартенситной либо аустенитно-ферритной группы.

Аустенитно-ферритные сплавы отличаются небольшой долей никеля и значительным содержанием хрома, которое превышает 20%. Роль легирующих компонентов играют ниобий, титан, медь. За счет термической обработки обеспечивается равное соотношение феррита и аустенита. На производствах подобные материалы ценят за пластичность, устойчивость к межкристаллической коррозии, способность справляться с ударными нагрузками и прочность, которая выше, чем у аустенитов.

Аустенитно-мартенситная группа имеет 12–18% хрома и 3,7–7,5% никеля, также в составе нередко бывают присадки алюминия. Чтобы добиться высокой прочности такой коррозионностойкой стали, осуществляют ее закалку при более чем +975 °C и отпуск при +450–500 °C. Эти сплавы характеризуются повышенным пределом текучести. Стоит пояснить, что данное свойство говорит о напряжении, при котором деформация возрастает без роста нагрузки. Такие коррозионностойкие стали хорошо поддаются сварке и имеют отличные механические свойства.

Маркировка и применение коррозионностойкой стали

Сегодня существует более 50 марок коррозионностойких хромоникелевых сталей. Их используют как материал для трубного и плоского проката, арматуры, швеллеров, балок, уголков, профилей. Кроме того, нержавеющая сталь активно применяется в сфере авто-, авиастроения, энергетической промышленности.

Из аустенитов производят изделия методом сварки и холодной штамповки, такие как:

строительные резервуары;
трубы;
установки для нефтяных вышек, очистительных систем;
турбины и иные механизмы, которые должны функционировать в воде;
силовые агрегаты для энергетической сферы;
детали самолетов, автомобилей;
оборудование для работы с пищевыми продуктами;
фармакологическая и медицинская техника;
сварные металлоконструкции;
метизы.

В соответствии с ГОСТом, подобные сплавы маркируются:

12Х18Н10Т. Включает в себя никель, титан, является материалом для оборудования для химической и нефтеперерабатывающей промышленности.
12Х18Н10Т. Используется при производстве трубопроводов.
12Х15Г9НД. Имеет в составе никель, марганец и медь, применяется для изготовления емкостей и трубопроводов для растворов с умеренной агрессивностью.

Мартенситы используются при производстве изделий для работы в агрессивных средах в условиях низкой или средней интенсивности. Упругость позволяет делать из такой коррозионностойкой стали пружины, фланцы, валы. Помимо этого, металл является материалом для режущих поверхностей в пищевой и химической промышленности.

Марки мартенситных сталей:

20Х13, 30Х13. Применяется при изготовлении бытовой техники.
14Х17Н2. Содержит в своем составе никель, может использоваться для производства компрессоров и иного оборудования, которое планируется эксплуатировать при низкой температуре и в агрессивных средах.

Ферриты встречаются в таких сферах:

химическая и нефтехимическая отрасль;
энергетика;
тяжелое машино- и станкостроение;
приборостроение;
медицинское оборудование;
производство бытовой техники;
пищевая отрасль.

Речь идет о следующих типах коррозионностойких сталей:

08Х13. Подходит для изготовления кухонных приборов.
12Х13. Используется для создания емкостей, предназначенных для хранения и транспортировки спиртосодержащих жидкостей.
12Х17. Это коррозионностойкая и жаропрочная сталь, в резервуарах из которой при высоких температурах обрабатывают продукты питания.

Зарубежные марки коррозионностойких сталей

Стали марок AISI 201 и AISI 202 относятся к аустенитной группе сплавов.

Стоит пояснить, что аббревиатура расшифровывается как American Iron and Steel Institute или «Американский институт стали и сплавов». Названные металлы содержат хром, никель, марганец, медь, азот, за счет чего достигается высокая прочность изделий. Также материал хорошо поддается деформации и легко меняет форму.

Сбалансированный состав этих коррозионностойких сталей позволяет им выделяться на общем фоне высоким сопротивлением к появлению ржавчины.

AISI 201 и AISI 202 используют для производства домашних бытовых приборов, трубопроводов, строительных конструкций.

Разница между данными марками состоит в содержании дополнительных компонентов. В AISI 201 больше углерода, серы, марганца и меди, что обеспечивает высокую прочность, пластичность. Тогда как AISI 202 содержит больше никеля. Нужно отметить, что AISI 201 является улучшенным вариантом AISI 202, но обе марки сохраняют свои физические особенности даже при использовании изделий из них в умеренно агрессивной среде.

Существуют российские аналоги этих коррозионностойких сталей:

AISI 201 можно заменить на 12Х15Г9НД;
AISI 202 близок к 12Х17Г9АН4.

Марки стали серии 300 по химическому составу входят в аустенитную либо дуплексную группу сплавов. Тип нержавейки зависит от доли основных добавок, таких как углерод, никель, хром, титан. Немаловажно, что эта серия считается универсальной и популярна на рынке, так как обладает высокой прочностью, устойчивостью к износу и ржавчине.

Нюансы сварки коррозионностойких сталей

Коррозионностойкая сталь обладает такими качествами, как жаростойкость до +650 °C и жаропрочность в пределах +480…+500 °C. Подобные сплавы отличаются низкой теплопроводностью, из-за чего изготовленные из них конструкции нередко подвержены поводке и короблению. Тогда как окисление хрома приводит к формированию тугоплавкого шлака, который мешает сварке.

Для сваривания хромистых нержавеющих сталей выбирают мягкие тепловые режимы, что предполагает малую плотность тока, постоянный ток обратной полярности, то есть плюс крепится на электрод. Также важно обеспечить малую скорость охлаждения, иными словами, в процессе работы важно избегать сквозняков.

Коррозионностойкую сталь варят электродами с фтористокальциевыми покрытиями.

Мартенситы и сплавы, относящиеся к мартенситно-ферритному классу, предполагают закалку в зоне сварки в обычных условиях. Нужно понимать, что здесь высока вероятность появления трещин, особенно когда речь идет о толстостенных и жестких конструкциях.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

цветные металлы;
чугун;
нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Читайте также: